Gdyby udało się wyeliminować wszystkie błędy świata, wziąć pod uwagę ogół okoliczności i przewidzieć wszelkie konsekwencje, nauka okazałaby się zbędna, a życie stałoby się nudne i powtarzalne. Bez pomyłek nie byłoby ewolucji ani różnorodności. Utknęlibyśmy w miejscu albo całkiem wyginęli.
Wyobraźmy sobie płytką, ustawioną pionowo gablotkę. Na wąskiej desce stanowiącej jej podstawę szczerzy się rząd przegródek. Każda wyodrębnia niewielki przedział, dzieląc deskę na kilkanaście równych części. Nad przegródkami rozciągają się rzędy drewnianych kołków wbitych w „plecy” gablotki tak, że tworzą wzór złożony z szeregów powtarzających się kwinkunksów: czterech kołków będących rogami kwadratu z piątym umieszczonym w jego centrum. Innymi słowy – każdy rząd jest przesunięty w stosunku do poprzedniego o połowę odległości między kołkami. Z przodu gablotę przykrywa szklana tafla, boki zaś są ograniczone drewnianymi deszczułkami. Tylko u samej góry, dokładnie na środku, znajduje się niewielki otwór z wetkniętym weń lejkiem.
Ten aparat nazywano „maszyną fasolową” (ang. bean machine) – powinniśmy więc przez otwór na górze wsypać do gablotki garść fasoli. Zamiast tego wrzucamy pokaźną porcję metalowych kuleczek. Z lejka wylewa się lśniący strumień, kulki uderzają o pierwsze drewniane kołki – i tu zaczyna się coś pozornie trudnego do wyjaśnienia. Kulki szybko rozlewają się po aparacie, słyszymy stukot, gdy obijają się o drewno. Istny chaos: uderzenia w kołki są losowe; zdaje się, że kulki skaczą po całej szerokości dziwnego urządzenia. Dotarłszy na sam dół, wpadają w jedną z przegródek. Nie, nie trafiają do nich przypadkowo, jak moglibyśmy się spodziewać, obserwując chaotyczne mrowie odbijających się drobin metalu. Po przesypaniu się przez aparat kulki tworzą na jego dnie uporządkowany wzór: najwięcej gromadzi się w centralnej części, a ich liczba stopniowo maleje w przegrodach coraz bardziej oddalonych od środka. Skrajne przedziały zawierają raptem kilka metalowych okruchów.
Skąd to przedziwne drewniane urządzenie „wie”, jak rozdzielić wpadające do niego kulki, i to w tak spektakularnie regularny sposób? Gdybyśmy wsypali ich tysiące i jednocześnie dysponowali wersją aparatu z kilkudziesięcioma przegródkami, zaobserwowalibyśmy podobną sytuację. Nie tylko najwięcej kulek zebrałoby się na środku, lecz także ich poziom w kolejnych przedziałach utworzyłby znajomy harmonijny kształt – krzywą dzwonową, zwaną też rozkładem Gaussa. Już samo jej „wyłonienie się” z pozornie chaotycznego zamieszania jest rzeczą niezwykłą. U podstaw tej obserwacji leży jednak coś znacznie bardziej fundamentalnego.
Pozorny chaos
Za każdym razem, gdy metalowa kulka uderza w drewniany kołek, wydarzyć się mogą dwie rzeczy: odbije się w prawo lub w lewo. Jeśli wszystko zostało zmontowane precyzyjnie, żadne z odbić nie będzie „zafałszowane”: za każdym razem kulka ma taką samą szansę polecieć w każdą stronę – to zdarzenie zupełnie losowe. Złożenie wielu takich zdarzeń jest już jednak bardziej przewidywalne. Zachodzi stosunkowo małe prawdopodobieństwo, że jakaś kulka przeleci przez aparat, odbijając się zawsze w tym samym kierunku, i trafi do jednej ze skrajnych przegródek. Najpewniej doświadczy ona mniej więcej tyle samo odbić w prawo, co w lewo i na końcu wyląduje w jednym ze środkowych przedziałów. Magia? Skąd! Po prostu zbieg wielu przypadkowych „decyzji” każdej z kulek daje „wyśrodkowany” rezultat. Ma to dość ciekawe konsekwencje: gdyby przeciwne kierunki odbicia wartościować jako reprezentujące „sukces” oraz „porażkę”, poszczególne kulki mogłyby dokonywać losowego wyboru między kierunkiem prawidłowym a błędnym. Połączenie wielu poprawnych i złych decyzji średnio dałoby wynik neutralny, ale jednak zmienny, rozciągający się w prawo i w lewo od centrum. Moglibyśmy oczywiście próbować zachwiać losowością działania naszego aparatu, np. przechylając go lekko w prawo albo w lewo. Jak pewnie się domyślacie, finalnie układ na dnie będzie przesunięty w jedną stronę, lecz wciąż kulki nie zgrupują się wyłącznie w skrajnej przegródce. Przy każdym odbiciu kulki od kołka nadal będzie zachodziło ryzyko błędu i powstanie długi „ogon” przegródek wypełnionych coraz mniejszą liczbą kulek, ciągnący się daleko od kierunku przechylenia aparatu.
„Maszynę fasolową” wynalazł i wykorzystał w swoich badaniach Francis Galton, kuzyn Karola Darwina, brytyjski badacz i polimat przełomu XIX i XX w. Wśród niezliczonych tematów, jakimi się zajmował, znalazł się problem losowości oraz jej konsekwencji dla dziedziczenia cech ludzi czy zwierząt. Uczony skonstruował wyżej opisaną deskę Galtona, aby pokazać, że złożenie pozornie błędnych, chaotycznych decyzji może skutkować powstaniem czegoś uporządkowanego, widocznego dopiero na poziomie całej populacji ludzi czy zwierząt. Jego badania położyły podwaliny m.in. pod nowoczesną statystykę, gdzie jednym z najważniejszych celów jest analizowanie tego, jak mierzone obiekty czy osobniki różnią się od siebie i co te różnice znaczą w kontekście całej mierzonej grupy. Mroczniejszą stroną dorobku Galtona była jego głęboka wiara w społeczny sens eugeniki (zresztą to właśnie on zaproponował ten termin dla opisania polityki zmierzającej do promowania pożądanych kojarzeń u ludzi, utrwalających obecność „właściwych” cech u potomstwa).
Wróćmy jednak do błędu statystycznego. Pojawia się on zawsze wtedy, gdy duża populacja obiektów czy osobników zachowuje się w sposób mniej lub bardziej losowy. Nawet jeśli ich zachowaniem kierują przewidywalne zasady, sama liczba rozważanych obiektów generuje nieuchronną zmienność końcowego wyniku: błąd statystyczny. Rozmowa z dowolnym naukowcem zajmującym się nauką ścisłą – zwłaszcza gdy jest nią biologia – może budzić niepokojące podejrzenia, że ów badacz to tak naprawdę eksplorator błędów, analizator chaosu i nieprzewidywalności. W naukowych dyskusjach co rusz przewija się słowo „błąd”: wyjaśniają oni błędy, „poprawiają wyniki na błąd”, eliminują błędy z badanych wzorców. Nie za dużo tego błądzenia w aktywności, która raczej powinna cechować się pewnością i przenikliwością? Od razu wyjaśnijmy sobie jedno: nauka to sztuka poruszania się wśród błędów, a naukowiec to w zasadzie wykwalifikowany specjalista wyszkolony w ich tropieniu oraz katalogowaniu. Na filozofii konstruktywnego przesiewania wszechobecnej losowości i chaosu zbudowała zresztą swoje fundamenty jedna z obecnie najprężniej rozwijających się dziedzin, tzw. metanauka (ang. metascience). Ale po kolei.
Zbyt pochopne wnioski
Tak jak w przypadku aparatu Galtona nie mamy pojęcia, jaki proces kieruje zachowaniem kulek, zanim nie przepuścimy przez niego całego ich mrowia, tak w nauce niewiele możemy powiedzieć o ukrytej prawdzie rządzącej całą badaną rzeczywistością. Poruszamy się po omacku, możemy tylko dokonać jednostkowych, niedoskonałych pomiarów (czyli np. przeprowadzić skrupulatnie zaplanowany eksperyment), a następnie zastanowić się, jakie są szanse, że uzyskany wynik powstał w wyniku błędu, a jakie, że opisuje powszechną właściwość. Jeśli przez urządzenie Galtona przepuścimy raptem cztery kulki, istnieje duże prawdopodobieństwo, że spadną one do czterech różnych przegródek. Co więcej, chaotyczność takiego procesu sprawi, że nie wylądują dokładnie w czterech środkowych przedziałach. Powiedzmy, że znajdą się gdzieś w jednej trzeciej szerokości aparatu, po lewej stronie od jego środka. Czy to oznacza, że proces decydujący o odbijaniu się kulek nie jest „sprawiedliwy”, tzn. nie działa według zasady 50:50, kierującej losowo kulki w prawo lub w lewo, ale faworyzuje lewą stronę? Niekoniecznie. Gdybyśmy wyciągnęli taki wniosek – do czego jako naukowcy mamy pełne prawo – popełnilibyśmy spory błąd. Jest on tak ważny, że ma nawet swoją nazwę: to błąd pierwszego rodzaju. Może się przejawiać zbyt pochopnym zakomunikowaniem odkrycia („Deska Galtona działa asymetrycznie!”) w sytuacji, gdy w rzeczywistości dzieje się zupełnie inaczej. Nasz błąd miałby doniosłe skutki, bo nie dość, że zbyt szybko zakwalifikowalibyśmy wynik eksperymentu jako dowód na działanie takiego, a nie innego procesu, to jeszcze oparlibyśmy go na bardzo małej, żałosnej wręcz próbie zaledwie czterech kulek.
Czy przesypanie przez urządzenie, powiedzmy, tysiąca kulek w czymś pomoże? I tak, i nie. Uzyskamy znacznie większą pewność co do wyniku eksperymentu, zatem ogłaszając nasze odkrycie naukowe, popełnimy o wiele mniejszy błąd. Nigdy jednak nie wyeliminujemy go w całości. Nawet jeśli podejmiemy tytaniczny wysiłek przebadania miliona kulek, wciąż pozostaniemy w cieniu tego błędu. Zadaniem badaczy jest zdecydowanie o tym, w którym momencie jest on na tyle mało znaczący, a próba badawcza na tyle duża, że możemy się z tym pogodzić i uznać, że eksperyment stanowi godne zaufania źródło wiedzy o wybranym fragmencie rzeczywistości. Kiedy więc media trąbią o nowym odkryciu rewolucjonizującym jakąś dziedzinę, nie oznacza to, że naukowcy uzyskali stuprocentową pewność co do natury badanej rzeczy. Zwyczajnie (a może zupełnie niezwyczajnie?) stwierdzili oni, że wyciągając takie, a nie inne wnioski, pomylą się jedynie odrobinę. Nie powinniśmy też z tego powodu wpadać w panikę – w dziedzinach, od których zależy nasze zdrowie czy życie, granice akceptowalnego błędu są tak wyśrubowane, że czynią ów błąd prawie niemożliwym.
Buszujący w błędach
A co, jeśli powiem, że nawet w sytuacjach, kiedy poziom błędu statystycznego redukuje się do absolutnego minimum, pomyłka nadal czai się w danych, tyle że tym razem jest to błąd spodziewany, a nawet pożądany? Biologii z takim błędem akurat jest po drodze: w zasadzie wszystko, co badamy, może mieścić się w kategoriach „błędu”. Jest to dość niefortunne określenie – kalka językowa angielskiego słowa error, zwyczajowo stosowanego w podobnych przypadkach i nieoznaczającego wcale w takiej sytuacji „pomyłki”. Organizmy żywe bowiem nieustannie „popełniają błędy”, odskakując od jakiejś hipotetycznej normy. W biologii ewolucyjnej nazywamy to zmiennością – i jest to nasza ulubiona miara, według której oceniamy przydatność danego organizmu czy jego cechy do badań. Bez zmienności wszystko byłoby takie samo, wszystko też tak samo reagowałoby na czynniki zewnętrzne. Ewolucja zatrzymałaby się w mgnieniu oka, złożone z niezmiennych osobników populacje klonów albo w stu procentach przeżywałyby kolejne nudne, identyczne dni, albo całkowicie wymierały. Tej „błędnej zmienności” życia – jak czasami ją nazywamy – niejednokrotnie nie potrafimy nawet wyjaśnić. Wiemy, że stoją za nią geny, których jeszcze nie odkryliśmy, czynniki środowiskowe, których nie zbadaliśmy, i wszelkie inne okoliczności, których zmierzenie czy opisanie nigdy nie przyszłoby nam do głowy. To tu jest błąd pogrzebany. Każde dowolnie rewolucyjne odkrycie naukowe będzie nim obarczone. Polega on nie tyle na nieprecyzyjnym zmierzeniu jakiegoś parametru, ile na niemożności uwzględnienia wszystkich okoliczności mogących prowadzić do takiego, a nie innego rezultatu. Czy poruszamy się więc po omacku, a każda rewelacja naukowa to tylko efemeryczne osiągnięcie lokalnego laboratorium, konkretnej grupy badawczej, która trafiła szóstkę w totolotka, odkrywając coś, czego inni (z przyczyn losowych!) odkryć nie mogli?
Jeśli naukę potraktujemy jako sekwencję głośnych wystrzałów przerywanych długimi okresami ciszy, to owszem. Jednak ten uproszczony i – przyznajmy – dość pesymistyczny sposób jej postrzegania może rodzić spore wątpliwości. Gdzie między tymi pojedynczymi objawieniami z różnych dziedzin miałaby kryć się ogólna wiedza o świecie? Na takiej właśnie frustracji i chęci wydestylowania czystej prawdy z chaotycznego zalewu wyników badań najrozmaitszej jakości wyrosła nowa, fascynująca gałąź – metanauka. Naukowiec empirysta skupia się na cyzelowaniu metod i protokołów tak, by zminimalizować popełniany w trakcie eksperymentów błąd statystyczny. Metanaukowiec wskakuje na kolejny poziom: zbiera te pieczołowicie publikowane rezultaty i wyciąga z nich samą esencję, objawiając i wyjaśniając detale rzeczywistości niedostępne skrupulatnym empirystom. Metanauka jest zatem podejściem syntetycznym, dziedziną korzystającą z dostępnych badań, syntetyzującą je w ogólniejsze wzorce i odkrycia.
Od narodzin nowoczesnej metody naukowej na całym świecie opublikowano mnóstwo prac badawczych. Całe życie (i karierę) można by poświęcić na przekopywanie się przez ten ocean obserwacji i wyników, a i tak nie udałoby się zgłębić wszystkiego. Metanauka to jednak nie tylko mozolne przeglądanie istniejących badań. Pozwala ona również osiągnąć konsensus oraz wyeliminować nieuchronny – zwłaszcza w naukach biologicznych – „błąd” zmienności. Znosi klątwę sprawiającą, że powtarzając jakiś eksperyment biologiczny, często trudno otrzymać dokładnie taki sam wynik. Metanauka umie ten dodatkowy poziom chaotyczności okiełznać, wyjaśnić, niejednokrotnie nadać takiej zmienności nazwę i wskazać jej źródło. Często pozwala także zdemaskować nie do końca transparentne praktyki, np. publikowanie nastawione wyłącznie na wyniki rewolucyjne, przełomowe i szokujące, z pominięciem tych mniej doniosłych, a równie istotnych.
Demokratyzacja nauki oraz rosnące tempo dokonywania odkryć nieuchronnie przesuną akcenty i priorytety środowiska naukowego. Większą wagę będzie się przywiązywać do powtarzalności wyników badań i budowania naukowego konsensusu niż do przypominających fajerwerki, efektownych (i szybko gasnących) newsów naukowców doświadczalników. Rewolucja metanaukowa najpewniej okaże się mniej spektakularna niż oświeceniowa, której zawdzięczamy nowoczesną metodę badawczą. Być może jednak wzniesie naukę na nowy poziom, gdzie „błąd” nie tylko przestanie być odpadem, lecz także sam w sobie stanie się cennym materiałem badawczym. W końcu to właśnie w zmienności – tak chętnie wkładanej do jednego worka z innymi źródłami błędu – tkwi sedno wielu dziedzin nauki, zwłaszcza tych badających nas, ludzi. Fundamentalnie zmiennych, pod tak wieloma względami różnych od siebie, a jednocześnie podobnych i przewidywalnych.
